武衍杰 江合佩 楊伏勇

摘要： 化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的“結(jié)構(gòu)化”設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要價(jià)值，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的重要途徑。以“人工固碳”為例，基于“固碳裝置設(shè)計(jì)”“固碳裝置優(yōu)化”等核心任務(wù)對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)中涉及的學(xué)科知識(shí)、認(rèn)識(shí)思路、學(xué)科觀念等進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合，在真實(shí)情境中完成項(xiàng)目任務(wù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)主動(dòng)性、學(xué)科思維及其遷移方面獲得發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目式學(xué)習(xí); 真實(shí)情境; 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì); 化學(xué)反應(yīng)

文章編號(hào)： 1005-6629（2021）03-0044-07

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出“教師在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)高度重視化學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，充分認(rèn)識(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)化對(duì)于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性，尤其是應(yīng)有目的有計(jì)劃地進(jìn)行“認(rèn)識(shí)思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)”[1]?！敖Y(jié)構(gòu)化”的認(rèn)識(shí)方式可以形成對(duì)化學(xué)知識(shí)及其思維方式方法的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)倡導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決陌生、復(fù)雜問(wèn)題，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中需調(diào)用結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識(shí)和技能、學(xué)科思維方法等解決項(xiàng)目中蘊(yùn)含的問(wèn)題，形成能夠進(jìn)行遷移應(yīng)用的問(wèn)題解決思路和模型。故項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)科知識(shí)、認(rèn)識(shí)思路、學(xué)科觀念結(jié)構(gòu)化方面具有獨(dú)特價(jià)值，成為當(dāng)前教學(xué)研究的熱點(diǎn)。如王磊團(tuán)隊(duì)，開發(fā)契合高中化學(xué)教學(xué)進(jìn)度的微項(xiàng)目系列教學(xué)案例[2，3]融入教材以促進(jìn)學(xué)生對(duì)某個(gè)主題內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化整合;江合佩團(tuán)隊(duì)利用系列社會(huì)性熱點(diǎn)議題、化工生產(chǎn)問(wèn)題等真實(shí)情境開發(fā)項(xiàng)目式教學(xué)案例[4～6]，豐富了一線教師對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐。本文利用“人工固碳”項(xiàng)目對(duì)《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊開展復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐，對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)、認(rèn)識(shí)思路、學(xué)科觀念進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合。

1? 項(xiàng)目使用說(shuō)明

“人工固碳”項(xiàng)目是面向高二或高三已完成《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊學(xué)習(xí)后的學(xué)生所開發(fā)的復(fù)習(xí)課教學(xué)案例。本案例中學(xué)生圍繞人工固碳裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化問(wèn)題，探討“固碳路徑、固碳可能性、固碳現(xiàn)實(shí)性”等問(wèn)題，從而覆蓋《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊所涉及的“反應(yīng)方向、能量轉(zhuǎn)化（電化學(xué)）、反應(yīng)限度、反應(yīng)速率、反應(yīng)機(jī)理”等核心知識(shí)。學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中，提煉研究化學(xué)反應(yīng)的視角和思路，在復(fù)習(xí)課中切實(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)和認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化。

2? 項(xiàng)目主題選擇

2.1? 突出化學(xué)學(xué)科價(jià)值

“人工固碳”項(xiàng)目凸顯化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。隨著化石能源的急劇消耗，地球面臨能源耗盡和CO2排放量超標(biāo)，這些問(wèn)題帶來(lái)的地球限度危機(jī)（溫室效應(yīng)、海平面上升等）已成為人類生存的隱憂。利用化學(xué)反應(yīng)將排放的CO2轉(zhuǎn)化為人類所需的物質(zhì)（即人工固碳）為解決這一問(wèn)題提供了路徑（見圖1）。

2.2? 彰顯“結(jié)構(gòu)化”知識(shí)的應(yīng)用

科學(xué)家對(duì)“人工固碳”的研究歷程，蘊(yùn)含著對(duì)化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識(shí)深度的層層遞進(jìn)，其涉及的學(xué)科問(wèn)題和核心知識(shí)如圖2所示。學(xué)生在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，從氧化還原視角設(shè)計(jì)可能的固碳路徑，基于吉布斯自由能判據(jù)判斷固碳反應(yīng)的可能性，基于電化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，最后從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩個(gè)視角對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，探討人工固碳的現(xiàn)實(shí)性。項(xiàng)目學(xué)習(xí)既關(guān)注學(xué)科知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，又體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

3? 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

聚焦氧化還原、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)等學(xué)科核心概念的應(yīng)用，具體目標(biāo)為：

（1） 通過(guò)開展人工固碳項(xiàng)目，認(rèn)識(shí)化學(xué)手段在解決環(huán)境問(wèn)題中的重要價(jià)值，增強(qiáng)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)責(zé)任感。

（2） 通過(guò)運(yùn)用氧化還原、蓋斯定律、吉布斯自由能判據(jù)、電解原理等知識(shí)設(shè)計(jì)人工固碳裝置，建立核心知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步鞏固和優(yōu)化電化學(xué)認(rèn)識(shí)模型。

（3） 通過(guò)從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)視角出發(fā)，設(shè)計(jì)人工固碳裝置優(yōu)化方案，構(gòu)建熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)綜合視角下的條件優(yōu)化模型，形成解決一類“工業(yè)生產(chǎn)條件選擇”問(wèn)題的思路，并初步了解微觀視角下催化劑表面氣相反應(yīng)機(jī)理的一般過(guò)程。

（4） 在項(xiàng)目活動(dòng)中，通過(guò)獲取信息和解讀信息，增強(qiáng)基于證據(jù)進(jìn)行解釋和推理的科學(xué)探究能力。

4? 項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)

教學(xué)流程設(shè)計(jì)如表1所示，遵循問(wèn)題解決的邏輯“設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)，判斷化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生（方向）： 如果不能，如何輔助其發(fā)生（能量）;如果能，可以進(jìn)行到什么程度（限度）;多久進(jìn)行完（速率），是如何進(jìn)行的（機(jī)理）？”等。學(xué)生在完成這些任務(wù)的過(guò)程中調(diào)用“反應(yīng)方向、電化學(xué)、化學(xué)平衡、反應(yīng)速率與機(jī)理”等知識(shí)，經(jīng)歷“模型建構(gòu)與優(yōu)化”“科學(xué)探究與創(chuàng)新”等活動(dòng)。

第1課時(shí)

項(xiàng)目任務(wù)項(xiàng)目活動(dòng)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題項(xiàng)目推進(jìn)的教師支持項(xiàng)目涉及核心知識(shí)

任務(wù)1? 項(xiàng)目研究框架的確定活動(dòng)1? 固碳價(jià)值分析面對(duì)地球環(huán)境問(wèn)題，化學(xué)學(xué)科可以做什么？

活動(dòng)2? 固碳涉及學(xué)科問(wèn)題確定人工固碳可能涉及哪些與化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題？（1） 提供世界化石能源消耗及二氧化碳排放現(xiàn)狀資料。

（2） 展示二氧化碳排放超標(biāo)帶來(lái)的系列問(wèn)題。

CO2與有機(jī)物間的轉(zhuǎn)化需關(guān)注轉(zhuǎn)化路徑—轉(zhuǎn)化可能性—轉(zhuǎn)化手段—轉(zhuǎn)化條件（優(yōu)化）

任務(wù)2? 人工固碳裝置的設(shè)計(jì)活動(dòng)1? 固碳路徑設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)CO2可能的轉(zhuǎn)化路徑，并選取代表物書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式，分析CO2在轉(zhuǎn)化中的角色。提供科學(xué)界CO2轉(zhuǎn)化的期望產(chǎn)物（烷烴類、羧酸類、醇類、糖類等）可能有哪些，并明確代表物。

活動(dòng)2? 固碳可能性判斷根據(jù)各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)熵，判斷2CO2+2H2O2HCOOH+O2能否自發(fā)（基于甲酸的工業(yè)價(jià)值，以甲酸為例開展后續(xù)研究）。（1） 提供標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)熵的定義。

（2） 提供轉(zhuǎn)化路徑中各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)熵?cái)?shù)據(jù)。

ΔG=ΔH-TΔS

蓋斯定律應(yīng)用及方向判據(jù)

活動(dòng)3? 固碳裝置設(shè)計(jì)

（1）? 根據(jù)電解原理，寫出2CO2（g）+2H2O（g）2HCOOH（l）+O2（g）的電極反應(yīng)。

（2） 試根據(jù)電解的裝置要素，設(shè)計(jì)制備HCOOH的電解裝置。

（1） 引導(dǎo)學(xué)生回顧電極反應(yīng)式書寫步驟及注意事項(xiàng)，形成程序性技能。

（2） 引導(dǎo)學(xué)生從原理和裝置兩個(gè)維度設(shè)計(jì)電解池并進(jìn)行化學(xué)抽象，優(yōu)化、鞏固電化學(xué)認(rèn)識(shí)模型。

不同形式能量（太陽(yáng)能、電能、化學(xué)能）間的轉(zhuǎn)化原理與轉(zhuǎn)化手段

項(xiàng)目任務(wù)項(xiàng)目活動(dòng)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題項(xiàng)目推進(jìn)的教師支持項(xiàng)目涉及核心知識(shí)

任務(wù)3? 人工固碳裝置的優(yōu)化活動(dòng)1? 電化學(xué)還原CO2的優(yōu)越性分析

分析水熱法還原CO2制甲酸的能耗問(wèn)題和產(chǎn)量問(wèn)題，突出電化學(xué)方法還原CO2的優(yōu)越性。（1） 提供水熱法還原CO2的原理介紹（見5.1）。

（2） 提供水熱法還原CO2在不同溫度下的平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)。（1） 化學(xué)平衡及影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素（溫度、濃度、壓強(qiáng)）

（2） 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素（溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等）

（3） 平衡轉(zhuǎn)化率與單位時(shí)間轉(zhuǎn)化率的區(qū)別和聯(lián)系

活動(dòng)2? 提高電化學(xué)還原CO2效率的方案設(shè)計(jì)（1） 分析CO2還原為HCOOH的微觀機(jī)理。

（2） 探討優(yōu)化人工固碳裝置的具體措施。（1） 提供電化學(xué)還原CO2微觀機(jī)理的相關(guān)圖表。

（2） 提供二維材料作為電催化領(lǐng)域催化劑的催化歷程。（1） 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

（2） 反應(yīng)機(jī)理（微觀視角下催化劑表面氣相反應(yīng)機(jī)理的一般過(guò)程： 吸附—表面反應(yīng)—脫附—擴(kuò)散等）

小結(jié)回顧整個(gè)項(xiàng)目對(duì)化學(xué)反應(yīng)研究的思路。從方向、限度、速率、機(jī)理等方面梳理研究化學(xué)反應(yīng)的一般思路，并整合兩課時(shí)涉及的學(xué)科核心概念及有關(guān)知識(shí)。

5? 項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施

本項(xiàng)目在廈門市某重點(diǎn)中學(xué)高二、高三兩個(gè)年級(jí)段進(jìn)行實(shí)施和改進(jìn)。由于篇幅所限，以第2課時(shí)任務(wù)3“人工固碳裝置的優(yōu)化”為例呈現(xiàn)實(shí)施過(guò)程。

5.1? 問(wèn)題導(dǎo)入

[展示和評(píng)價(jià)學(xué)生裝置]學(xué)生在第1課時(shí)任務(wù)中，設(shè)計(jì)了如圖3所示的人工固碳裝置?？梢钥闯?，同學(xué)們已經(jīng)有了優(yōu)化意識(shí)。如圖3a為了加快陰極的反應(yīng)速率，刻意增大CO2在陰極的壓強(qiáng);圖3b意識(shí)到陰極可能會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，應(yīng)開發(fā)選擇性更好的催化劑;圖3c還能想到通過(guò)質(zhì)子交換膜來(lái)富集HCOOH。

[驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題]通過(guò)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電解裝置，實(shí)現(xiàn)了CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH的設(shè)想。那還有沒(méi)有其他制備方法？電化學(xué)還原CO2制備HCOOH具備什么優(yōu)勢(shì)？可從哪些角度進(jìn)行比較？

5.2? 電化學(xué)還原CO2的優(yōu)越性分析——基于電化學(xué)方法與水熱法制HCOOH的對(duì)比

[提供信息]資料卡片1及表2。

資料卡片1

水熱法[7]還原CO2以高溫水為反應(yīng)介質(zhì)，無(wú)機(jī)金屬作還原劑（如金屬Al、 Fe、 Zn等）。關(guān)于水熱

法還原CO2，有人提出在這個(gè)過(guò)程中其實(shí)質(zhì)是金屬?gòu)母邷厮兄脫Q出來(lái)的H2與CO2發(fā)生反應(yīng)生成甲酸的過(guò)程，即核心反應(yīng)為CO2（g）+H2（g）HCOOH（g）。此反應(yīng)在25℃和300℃下平衡常數(shù)KP分別為5.2×10-11和2.4×10-8。

[學(xué)習(xí)任務(wù)5.2.1]以水熱法還原CO2制HCOOH為例，研究其能耗和產(chǎn)量問(wèn)題： （1）根據(jù)資料卡片1中信息，判斷CO2（g）+H2（g）HCOOH（g）的熱效應(yīng);（2）根據(jù)表2中不同溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)從熱力學(xué)角度分析應(yīng)如何控制反應(yīng)條件，才能提高HCOOH的產(chǎn)量;（3）從動(dòng)力學(xué)角度如何控制反應(yīng)條件，才能提高HCOOH的產(chǎn)量？

[學(xué)生匯報(bào)]（1）溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)增大，說(shuō)明該反應(yīng)為吸熱反應(yīng);（2）從熱力學(xué)平衡移動(dòng)角度看，根據(jù)表2中數(shù)據(jù)和反應(yīng)特點(diǎn)，提高反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)體系壓力都有利于平衡右移，提高HCOOH的產(chǎn)量;（3）從影響反應(yīng)速率的外界因素（動(dòng)力學(xué)角度）看，提高CO2濃度（增大壓強(qiáng)）、提高反應(yīng)溫度或開發(fā)高效催化劑都能加快反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)HCOOH的產(chǎn)量。

[學(xué)生補(bǔ)充]從平衡常數(shù)數(shù)值來(lái)看，這個(gè)反應(yīng)即使在很高溫度下平衡常數(shù)也很小，因此必須打破熱力學(xué)平衡控制，否則CO2平衡轉(zhuǎn)化率仍然很小，最好采取及時(shí)從體系中移除HCOOH的措施，如可以向反應(yīng)體系中加入甲醇酯化或用無(wú)機(jī)弱堿中和生成的酸。

[建構(gòu)認(rèn)識(shí)思路]同學(xué)們從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)角度分析了提高HCOOH產(chǎn)量的措施（見圖4）。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中為追求經(jīng)濟(jì)效益還需要縮短反應(yīng)時(shí)間，因此不僅要考慮產(chǎn)物的平衡轉(zhuǎn)化率，還要盡可能提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)率，要注意兩者的區(qū)別和聯(lián)系，這也是我們解決“工業(yè)生產(chǎn)條件選擇”類問(wèn)題的一般思路。

[學(xué)習(xí)任務(wù)5.2.2]從能耗和對(duì)設(shè)備的要求等角度對(duì)比水熱法和電化學(xué)法還原CO2制HCOOH，分析電化學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)。

[學(xué)生匯報(bào)]水熱法制HCOOH需高溫、高壓條件，對(duì)工業(yè)設(shè)備的要求嚴(yán)格，成本較高，此外水熱法轉(zhuǎn)化率低也會(huì)限制其應(yīng)用。而電化學(xué)方法制HCOOH利用電解裝置，無(wú)需高溫高壓條件，反應(yīng)溫和，只要能開發(fā)出高效催化劑就能提高HCOOH產(chǎn)量。

[教師點(diǎn)評(píng)]電化學(xué)方法制HCOOH優(yōu)勢(shì)明顯，因此近年來(lái)科學(xué)家研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了如何提高CO2在陰極的還原效率。這也是我們接下來(lái)要解決的另一個(gè)核心問(wèn)題——如何優(yōu)化固碳裝置，提高固碳產(chǎn)量？

5.3? 提高電化學(xué)還原CO2效率的方案設(shè)計(jì)——基于電化學(xué)還原CO2機(jī)理

[學(xué)習(xí)任務(wù)5.3.1]固碳裝置優(yōu)化措施分析。CO2在陰極催化劑表面被還原的機(jī)理如圖5所示，結(jié)合CO2在陰極的還原機(jī)理，思考： （1）如何提高HCOOH產(chǎn)量;（2）若使用催化劑，催化劑應(yīng)具備哪些特點(diǎn)？

[學(xué)生匯報(bào)]由于這并不是一個(gè)平衡體系，根據(jù)圖4條件優(yōu)化模型只能從動(dòng)力學(xué)角度考慮，可以采取提高CO2濃度、提高反應(yīng)溫度、開發(fā)高效催化劑等措施。

[教師評(píng)價(jià)和追問(wèn)]大家能主動(dòng)應(yīng)用條件優(yōu)化模型分析問(wèn)題，非常好。從圖5看，CO2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在反應(yīng)中由直線型很難被活化為彎曲型，因此必須開發(fā)高效催化劑，催化劑應(yīng)具備哪些特點(diǎn)？

[學(xué)生匯報(bào)]從圖5看，（1）CO2在陰極上可能會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成CO，另外H+也可能在陰極放電，陰極上其實(shí)存在很多競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，因此催化劑應(yīng)有良好的甲酸選擇性;（2）CO2必須擴(kuò)散到陰極被吸附后才能發(fā)生反應(yīng)，因此催化劑要利于反應(yīng)物的擴(kuò)散和吸附;（3）CO2在催化劑表面發(fā)生的是連續(xù)得電子的反應(yīng)，因此催化劑應(yīng)該有利于電子的轉(zhuǎn)移。

[提供信息]閱讀資料卡片2，認(rèn)識(shí)二維材料，了解二維材料作為催化劑的優(yōu)勢(shì)和潛力。

資料卡片2

二維材料（2D）由單層或少數(shù)層原子、分子層組成。與傳統(tǒng)催化材料相比，二維材料外比表面積更大，更有利于反應(yīng)物

的擴(kuò)散;可暴露出更多的催化活性位點(diǎn)，有利于界面電荷的快速轉(zhuǎn)移;還具有穩(wěn)定性高、機(jī)械性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。因此，其在CO2電催化還原領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。

[學(xué)習(xí)任務(wù)5.3.2]二維材料的催化活性位點(diǎn)分析?？茖W(xué)家[9]制備了新型CO2電化學(xué)還原催化劑——二維銻片（2D Sb），將其分離為尺寸不同的兩組材料（厚度基本相同）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示。試分析2D Sb片的催化活性位點(diǎn)可能在什么位置？

[學(xué)生匯報(bào)]從催化效率圖看，相比于大尺寸銻片，小尺寸銻片具有更強(qiáng)的還原效率（基于相同質(zhì)量的電極材料），而小尺寸銻片邊緣長(zhǎng)度更大，因此其催化活性位點(diǎn)可能是材料邊緣。

[學(xué)習(xí)任務(wù)5.3.3]2D Sb片的催化機(jī)理分析?？茖W(xué)家[10]以2D Sb為電極材料，研究了其反應(yīng)歷程如圖7所示（*表示物質(zhì)吸附在催化劑表面），分析CO2在2D Sb片表面的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并對(duì)催化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[學(xué)生匯報(bào)]催化機(jī)理分析： CO2吸附在催化劑表面→*CO2+H++e-*OCHO→*OCHO+H++e-HCOOH→HCOOH從催化劑表面脫附擴(kuò)散;催化效果評(píng)價(jià)： 相比于生成CO跨越能壘1.10eV以及生成H2跨越能壘0.89eV，生成HCOOH跨越的能壘更低，為0.43eV，因此該催化劑能抑制副產(chǎn)物CO和H2的生成，對(duì)甲酸具有良好的選擇性。

[建構(gòu)認(rèn)識(shí)思路]從微觀角度分析化學(xué)反應(yīng)機(jī)理或歷程是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿問(wèn)題和熱點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)分析催化機(jī)理不僅可以看出催化劑能降低反應(yīng)的活化能，還可以抽提出催化劑表面氣相反應(yīng)的一般過(guò)程需經(jīng)歷“吸附→表面反應(yīng)→脫附→擴(kuò)散”等步驟，這對(duì)處理與化學(xué)反應(yīng)歷程相關(guān)的問(wèn)題具有指導(dǎo)作用。

5.4? 項(xiàng)目教學(xué)小結(jié)

本項(xiàng)目以人工固碳裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化為線索，引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科核心視角研究化學(xué)反應(yīng)，體現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的“結(jié)構(gòu)化”設(shè)計(jì)，如圖8所示。

6? 項(xiàng)目教學(xué)效果

本項(xiàng)目在真實(shí)情境中完成項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生至少在以下三個(gè)方面得到發(fā)展：

第一，感受到化學(xué)在解決社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題中的價(jià)值，增強(qiáng)了化學(xué)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。項(xiàng)目學(xué)習(xí)后，學(xué)生主動(dòng)查閱前沿文獻(xiàn)了解CO2還原為CH4、 CH3OH等的方法并在班級(jí)學(xué)習(xí)群分享，學(xué)習(xí)熱情高漲。

第二，獲得了“結(jié)構(gòu)化”學(xué)科思維。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)歷具有學(xué)科特色的學(xué)習(xí)活動(dòng)，在活動(dòng)中不斷構(gòu)建和優(yōu)化認(rèn)知模型，如通過(guò)固碳裝置優(yōu)化這一任務(wù)，圍繞催化劑設(shè)計(jì)與機(jī)理分析問(wèn)題，進(jìn)行科學(xué)探究（催化劑

應(yīng)具備的特點(diǎn)的分析）、證據(jù)推理（催化劑活性位點(diǎn)判斷）、微觀探析（催化劑表面微觀機(jī)理分析）等活動(dòng)，構(gòu)建出催化劑表面氣相反應(yīng)機(jī)理的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)思路，深化了對(duì)化學(xué)反應(yīng)的微觀認(rèn)識(shí)水平。

第三，能夠?qū)⑺鶎W(xué)結(jié)構(gòu)化思維進(jìn)行遷移。教學(xué)實(shí)施后，通過(guò)“氯乙烯制備反應(yīng)”的反應(yīng)機(jī)理（見圖9）這一情境，測(cè)查學(xué)生對(duì)“反應(yīng)歷程、決速步驟”等問(wèn)題的理解，實(shí)驗(yàn)班90%的學(xué)生都能找到?jīng)Q速步驟并寫出方程式，70%以上的學(xué)生能結(jié)合“催化劑表面氣相反應(yīng)機(jī)理一般過(guò)程”對(duì)反應(yīng)歷程進(jìn)行描述，而對(duì)照班雖在習(xí)題課中對(duì)這類問(wèn)題有過(guò)講解，但對(duì)反應(yīng)歷程的描述大多沒(méi)有思路或思路混亂，充分說(shuō)明項(xiàng)目式教學(xué)在幫助學(xué)生形成認(rèn)識(shí)思路方面的價(jià)值。這也提醒我們素養(yǎng)導(dǎo)向的項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須充分考慮學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)需要什么樣的認(rèn)識(shí)角度和思路及其具有的一般遷移價(jià)值，以有助于學(xué)生解決新問(wèn)題。

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